JP2015054596A - 自転車用点灯制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】昼間における走行においても、内部回路等に高電圧が印加されるのを抑制し、電子回路部品を低耐圧素子で構成できる自転車用点灯制御装置を提供する。【解決手段】自転車の走行に応じて発電する電源部と、前記電源部の発電により発光する発光体と、周囲の照度を検出して、照度電圧として出力する照度検出部と、前記電源部からの出力電流を前記発光体に供給する点灯制御回路とを有し、前記自転車の走行中、前記発光体を明暗に関係なく発光させるとともに、前記照度電圧に基づいて、昼間の発光体の明るさを、夜間に比べて減少させる。【選択図】図７

Description

本発明は、自転車用点灯制御装置に関する。

従来の自転車用点灯制御装置として、例えば、ハブダイナモを電源とした特許文献１に記載されたものがある。これは、自転車の周囲の明暗を光センサにより検出することで、昼間のように明るいときは自動的に前照灯をオフし、夜間のように暗いときには自動的に前照灯をオンするようにしている。

実開平４−１３３９４３号公報

このハブダイナモは一般的に自転車の車速（車輪の回転速度）に比例してその発電電圧が高くなる。また、このハブダイナモに接続される負荷によって、内部回路に印加される電圧が変動する。
自転車が夜間に走行する場合は、前照灯を点灯もしくは点滅させるため、発光体が負荷としてはたらく。このため、自転車が夜間に走行する場合には、たとえ車速を上げても、負荷で電力を消費するため、内部回路に高電圧がかかることはない。

しかしながら、自転車が昼間に走行する場合には、前照灯が消灯されているため、ハブダイナモは無負荷状態になる。このため、前照灯の消灯時は、内部回路等に高電圧が印加される。したがって、内部回路には高耐圧の素子を使用する必要があり、コストが高くなるといった問題がある。夜間と同様に、昼間も前照灯を常時点灯すれば高耐圧素子は不要となるが、前照灯が電力を消費するため、ペダルが重くなる。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、昼間の走行においても、内部回路等への高電圧の印加を抑制し、内部回路の電子回路部品を低耐圧素子で構成できる自転車用点灯制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、自転車の走行に応じて発電する電源部と、前記電源部の発電により発光する発光体と、周囲の照度を検出して、照度電圧として出力する照度検出部と、前記電源部からの出力電流を前記発光体に供給する点灯制御回路と、を有し、前記自転車の走行中、前記発光体を明暗に関係なく発光させるとともに、前記照度電圧に基づいて、昼間の発光体の明るさを、夜間に比べて減少させたことを特徴とする自転車用点灯制御装置である。

また、本発明の一態様は、上述の自転車用点灯制御装置であって、前記発光体は、主発光体と前記主発光体より消費電流が小さい副発光体とを有し、前記照度検出部が、前記照度電圧が予め設定された閾値以上である場合に前記副発光体を発光させ、一方、前記閾値未満である場合に前記主発光体を発光させることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述の自転車用点灯制御装置であって、前記発光体は、１つの発光体のみを有し、前記照度検出部が、前記照度電圧が予め設定された閾値以上である場合に前記発光体に流す電流値は、前記閾値未満である場合に前記発光体に流す電流値よりも少なくすることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述の自転車用点灯制御装置であって、前記電源部は、ハブダイナモであることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述の自転車用点灯制御装置であって、前記主発光体と前記副発光体の少なくとも一方は、ＬＥＤであることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述の自転車用点灯制御装置であって、前記ハブダイナモは、車輪と共に回転するロータと、前記車輪を回転自在に支持する車輪軸に回転不能に固定され、前記ロータの内周側に配置されたステータと、を有し、前記ロータの回転により、前記ステータのコイルから出力される交番電流を全波整流して前記発光体に供給するように構成され、前記ステータに、位相のずれた交番電流を出力する２相のコイルが設けられていることを特徴とする。

以上説明したように、この発明によれば、照度検出部が従来のように発光体の発光、消光を行うのではなく、発光体の照度制御を行っている。具体的には、照度検出部は、発光体に印加する電流値を昼間と夜間で切り替える。すなわち、本発明によれば、昼間の走行においても、ダイナモの発電した電力を消費させる構成としている。これにより、電子回路への高電圧の印加を防止することができるため、電子回路部品を低耐圧素子で構成できる。そのため、コスト低減した点灯制御装置を製作することができる。

また、昼間の発光体に印加する電流を夜間の発光体に印加する電流より低くする。これより、夜間の発光体に印加する電流で昼間点灯させる場合に比べ、乗り手側の自転車をこぐ負荷を低減できる。

本発明の第１実施形態における点灯制御装置を取り付けた自転車の側面図である。 本発明の第１実施形態におけるハブダイナモの側面図である。 本発明の第１実施形態におけるハブダイナモの断面図である。 本発明の第１実施形態におけるハブダイナモを構成するステータの斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるハブダイナモの出力する電圧波形を示す図である。 本発明の第１実施形態における前照灯の平面図を示す図である。 本発明の第１実施形態におけるブロック図である。 図６の出力を全波整流した後の波形を示す図である。 本発明の第１実施形態における周囲環境における各部の入出力状態と発光体の状態を記した図である。 本発明の第２実施形態における前照灯の平面図を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるブロック図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における点灯制御装置を取り付けた自転車の側面図である。以下の説明では、ハブダイナモ１０を自転車１の車輪軸１１に取り付け、自転車１の前照灯４に電力を供給する場合について説明する。

（点灯制御装置の取付態様）
図１に示すように、点灯制御装置は、電源部であるハブダイナモ１０と前照灯４から構成されている。

自転車１の前輪５は、フレームの一部を構成するフロントフォーク３により車輪軸１１を介して回転可能に軸支されている。車輪軸１１は、両側がフロントフォーク３にナット（不図示）等により回転不能に締結固定されている。車輪軸１１の軸方向中央の大部分には、ハブダイナモ１０が車輪軸１１と同軸に取り付けられている。このハブダイナモ１０は、前輪５の側方に配置された前照灯４に電力を供給している。

ハブダイナモ１０は、前輪５のスポーク２に接続されて前輪５と共に車輪軸１１の周囲を回転するロータ１２と、ロータ１２の内周側に位置する状態で車輪軸１１に回転不能に取り付けられたステータ１３と、を備えている。

以下、車輪軸１１の中心軸Ｏの軸方向を単に軸方向といい、軸方向に直交する方向を径方向といい、中心軸Ｏ周りに沿った方向を周方向という。なお、車輪軸１１のうち、少なくともステータ１３が取り付けられた部分よりも軸方向外側に位置する部分には、雄ねじ部が形成されている。

（ロータ）
図２はハブダイナモの側面図であり、図３はハブダイナモの断面図である。
図２及び図３に示すように、ロータ１２は、ハブシェル１００を主体に構成されている。ハブシェル１００は、円筒状の胴部６１と、胴部６１の軸方向両端開口を塞ぐ第１のエンドプレート７０及び第２のエンドプレート８０と、からなる。

図３に示すように、胴部６１の軸方向一方Ｐ側（図３における左側）の開口は、製作時には開放されており、その開口を塞ぐように、胴部６１と別体に製作された第２のエンドプレート８０が、所定の組立工程後に胴部６１の軸方向一方Ｐ側の端部に圧入固定されている。

胴部６１の軸方向他方Ｑ側（図３における右側）の開口は、胴部６１と一体に形成された第１のエンドプレート７０により製作時から閉塞されている。円筒状の胴部６１と、胴部６１の軸方向Ｑ側の開口を塞ぐ第１のエンドプレート７０とは、一体部品のハブシェル本体６０として製作されている。ハブシェル本体６０と、それと別体の第２のエンドプレート８０は、それぞれに一定厚の磁性金属板（主に鉄板）をプレス成形することで製作されている。

ハブシェル本体６０の胴部６１の軸方向両端部外周には、径方向外側に向かって張り出す左右一対のフランジ部６２が形成されている。各フランジ部６２は、プレス成形の際に素材である金属板をＵ字形に折り返し、軸方向内側のフランジ板６２ａと軸方向外側のフランジ板６２ｂとを互いに密着状態で重ね合わせることで形成されている。各フランジ部６２には、軸方向に貫通する支持孔６３が周方向に等間隔で複数形成されている。

支持孔６３には、図１に示すように、前輪５のリム５ａから内径側に延在する複数のスポーク２の内側端部が係合されている。なお、左右のフランジ部６２の支持孔６３は、半ピッチ分だけ位相がずれて配置されている。

胴部６１の軸方向Ｑ側の開口を閉塞する第１のエンドプレート７０は、軸方向外側（Ｑ側）に円錐形に膨らんだ環状の側壁７１と、この側壁７１の内周縁で軸方向内側（Ｐ側）に折れ曲がった円筒状のベアリング嵌合壁７３と、このベアリング嵌合壁７３の軸方向内側（Ｐ側）端で径方向内側に折れ曲がったベアリング押え壁７４と、前記側壁７１の外周縁から径方向外側に向けて連設されたフランジ部７５と、を有している。
このフランジ部７５が、胴部６１の軸方向Ｑ側のフランジ部６２の外側のフランジ板６２ｂと一体に連続していることで、胴部６１と第１のエンドプレート７０とが一体化されている。これにより、一体部品としてのハブシェル本体６０が構成される。

また、胴部６１の軸方向Ｐ側の開口を閉塞する第２のエンドプレート８０は、環状の側壁８１と、この側壁８１の内周縁で軸方向内側（Ｑ側）に折れ曲がった円筒状のベアリング嵌合壁８３と、このベアリング嵌合壁８３の軸方向内側（Ｑ側）端で径方向内方に折れ曲がったベアリング押え壁８４と、前記側壁８１の外周縁で軸方向内側（Ｑ側）に折れ曲がった円筒状の圧入嵌合壁８５と、を有している。
第２のエンドプレート８０は、この円筒状の圧入嵌合壁８５を、ハブシェル本体６０の胴部６１の軸方向Ｐ側の開口の内周に圧入嵌合させることで、胴部６１に固定されている。

第１のエンドプレート７０及び第２のエンドプレート８０のベアリング嵌合壁７３、８３の径方向内側は、同軸上に位置する貫通孔７２、８２として開口しており、これら貫通孔７２、８２を画成するベアリング嵌合壁７３、８３の内周に、ベアリング（軸受）２１、２２がそれぞれ嵌合されている。そして、ハブシェル１００を主体として構成されるロータ１２は、ベアリング２１、２２を介して車輪軸１１に回転可能に支持されることで、前輪５の回転と共に車輪軸１１を中心に回転するようになっている。すなわち、ロータ１２は、前輪５を回転可能に支持するハブとして機能している。

ハブシェル本体６０の胴部６１の内周には、例えばフェライト等により形成された永久磁石１９が配置されている。永久磁石１９の外周面の曲率半径は、胴部６１の内周面の半径と同等に設定されており、永久磁石１９は、ヨークを介さずに磁性材料製の胴部６１の内周に直接密着した状態で配置され、例えば接着剤等により貼付されている。永久磁石１９を、胴部６１の内周面に沿って円筒状に配置することで、永久磁石１９はステータ１３の外周面全体を覆っている。なお、永久磁石１９は、周方向に複数に分割された状態で胴部６１の内周に組み込まれている。

この円筒状に配置された永久磁石１９の内周面には、Ｎ極及びＳ極の磁極が周方向に沿って交互に着磁されている。具体的には、Ｎ極及びＳ極がそれぞれ１４極ずつ、合計２８極の磁極が交互にＮ極及びＳ極が並ぶように着磁されている。

（ステータ）
図４はハブダイナモを構成するステータの斜視図である。
図４に示すように、ステータ１３は、クローポール型の第１のステータユニット２０Ａと第２のステータユニット２０Ｂとを車輪軸１１の軸方向に組み合わせることで構成されており、第１のステータユニット２０ＡはＡ相の交番電流・電圧を出力し、第２のステータユニット２０ＢはＢ相の交番電流・電圧を出力するようになっている。

図３に示すように、各ステータユニット２０Ａ、２０Ｂは、車輪軸１１の周りにボビン（図示略）を介して環状に巻かれたコイル２４と、コイル２４を包囲すると共に外周部に永久磁石１９と対向し且つ磁極の数に対応した極数のティース２２（２２−１、２２−２）を有したステータコア２６と、をそれぞれ備えている。

ステータコア２６は、環状のコイル２４の内周に配置された中心部ヨーク２５と、環状のコイル２４の軸方向の一方側（Ｑ側）及び他方側（Ｐ側）に互いに対向して配置されて内周部が中心部ヨーク２５の一端及び他端に磁気的に結合された一対の円板状の側部ヨーク２１（２１−１、２１−２）と、ステータコア２６の外周部に配されてロータ１２の永久磁石１９の内周側に空隙を介して対向し、各側部ヨーク２１−１、２１−２の外周部に磁気的に結合されて円周方向に交互に配置されたティース２２（２２−１、２２−２）と、からなる。

ティース２２（２２−１、２２−２）は、円板状の側部ヨーク２１（２１−１、２１−２）にそれぞれ一体に形成されている。そして、軸方向の一方側（Ｑ側）の側部ヨーク２１−１に一体に形成されたティース２２−１と、軸方向の他方側（Ｐ側）の側部ヨーク２１−２に一体に形成されたティース２２−２とが、円周方向に微小間隔を開けて交互に配列されている。なお、各側部ヨーク２１−１、２１−２は、それぞれ１４個のティース２２−１、２２−２を有し、全ティース２２（２２−１、２２−２）の極数が永久磁石１９の磁極数に対応している。

ティース２２（２２−１、２２−２）を一体に有した軸方向Ｑ側及び軸方向Ｐ側の側部ヨーク２１（２１−１、２１−２）は同形状のものである。そして、軸方向Ｑ側の側部ヨーク２１−１は、ティース２２−１を軸方向Ｐ側に向け、軸方向Ｐ側の側部ヨーク２１−２は、ティース２２−２を軸方向Ｑ側に向けて、両者は車輪軸１１上で互いに組み合わせられている。円板状の側部ヨーク２１（２１−１、２１−２）の中央には、車輪軸１１の外周に嵌合する中心孔２３が形成されており、この中心孔２３によりステータ１３は車輪軸１１に固定されている。

（第１のステータユニットと第２のステータユニット組み合わせ）
図４に示すように、第１のステータユニット２０Ａと第２のステータユニット２０Ｂは、各ステータユニット２０Ａ、２０Ｂのティース２２の位置を所定角度αだけ円周方向に相互にずらして組み合わせられており、これにより、各ステータユニット２０Ａ、２０Ｂの各コイル２４から、位相のずれたＡ相とＢ相の２相の交番電流・電圧が出力されるようになっている。

本実施形態では、図５に示すように、第１及び第２の各ステータユニット２０Ａ（Ａ相）、２０Ｂ（Ｂ相）におけるティース２２（２２−１、２２−２）の極数をＰ、ティース２２（２２−１、２２−２）のピッチ角をθ、第１のステータユニット２０Ａのティース２２（２２−１、２２−２）と第２のステータユニット２０Ｂのティース（２２−１、２２−２）の円周方向のずれ角度をαとしたとき、角度αは、
α＝θ／２＝（３６０°／Ｐ）／２・・・（１）
を満たすように設定されている。

角度αが式（１）を満たすことにより、第１のステータユニット２０Ａのコイル２４と、第２のステータユニット２０Ｂのコイル２４とが、ロータ１２の回転に応じて、相互に電気角で９０°位相のずれた交番電流・電圧を出力する。

なお、第１のステータユニット２０Ａと第２のステータユニット２０Ｂとを、ずれ角αだけ周方向に位相ずれした関係に組み合わせるために、図示しない周方向位置決め手段が設けられている。また、図３に示すように互いに隣接する、第１のステータユニット２０Ａの軸方向Ｐ側の側部ヨーク２１−２と第２のステータユニット２０Ｂの軸方向Ｑ側の側部ヨーク２１−１とは、背中合わせに配置されている。

（規制部）
図３に示すように、車輪軸１１のうち、ステータ１３の軸方向両側に位置する部分には、ステータ１３の軸方向の移動を規制する規制部が設けられている。本実施形態の規制部は、車輪軸１１のうち、ステータ１３の軸方向Ｐ側に設けられたスペシャルナット３０と、軸方向Ｑ側に設けられたステータ固定部材３７と、を備えている。ステータ１３は、車輪軸１１の外周に固定されたこれらスペシャルナット３０とステータ固定部材３７とで、軸方向の定位置に挟持固定されている。

スペシャルナット３０は、軸方向Ｐ側に形成されたスリーブ部３０ａと、軸方向Ｐ側に形成されてスリーブ部３０ａに対して外径が拡大されたフランジ部３０ｂとを備えている。そして、内周に形成されている雌ネジ部を車輪軸１１の雄ねじ部に螺着することで、車輪軸１１の外周に固定されている。

スリーブ部３０ａの外周面は、第２のエンドプレート８０のベアリング嵌合壁８３に外輪を嵌合させたベアリング２２の内輪の内周に、圧入等により固定されている。フランジ部３０ｂは外径がベアリング２２の内径よりも大径に形成され、軸方向Ｐ側に位置する端面がベアリング２２の内輪に軸方向で当接している。これにより、ベアリング２２は、外輪側が車輪軸１１周りに回転自在となるように装着されている。
一方、フランジ部３０ｂにおける軸方向Ｐ側に位置する端面は、ステータ１３の内周部に軸方向で当接している。なお、図４に示すように、スペシャルナット３０の外周面には、コイル２４を構成する導線の端部をハブダイナモ１０の外部に引き出すための溝３０ｃが形成されている。

図３に示すように、第２のエンドプレート８０の外側にはコネクタ４０が配設され、このコネクタ４０にコイル２４の導線（図示略）が導入されている。この導線の端部は、スペシャルナット３０の溝３０ｃ（図４参照）内を経由してコネクタ４０の導線引出部４３に導かれ、導線引出部４３を通ってハブダイナモ１０の外部に引き出されている。コネクタ４０の内周部には、スペシャルナット３０のスリーブ部３０ａが挿通され、コネクタ４０はワッシャ４５を介して、ナット４６により車輪軸１１に固定されている。

車輪軸１１におけるステータ固定部材３７よりも軸方向Ｑ側には、スリーブ部材５０が設けられている。このスリーブ部材５０は、内周面に雌ねじ部が形成された筒状の部材であり、軸方向Ｑ側から車輪軸１１の雄ねじ部に煉着されている。具体的に、スリーブ部材５０は、軸方向Ｐ側に形成されたスリーブ本体５０ａと、軸方向Ｑ側に形成されてスリーブ本体５０ａに対して外径が拡大されたフランジ部５０ｂとを備えている。

このフランジ部５０ｂは、多角筒状に形成されており、軸方向Ｐ側の端面が、第１のエンドプレート７０側のベアリング２１の内輪に軸方向で当接している。スリーブ本体５０ａは、円筒状に形成されており、第１のエンドプレート７０側のベアリング２１の内輪の内周に内嵌されている。具体的に、スリーブ本体５０ａは、外径がベアリング２１の内径と同等か若干大径に設定されており、ベアリング２１の内輪の内周に圧入等により固定されている。

第１のエンドプレート７０の外側には、ベアリング２１及びスリーブ部材５０を覆うようにカバー５４が装着されている。カバー５４は、椀形状に形成された部材であり、外部からロータ１２の内部に水や塵浜等が浸入するのを防止している。カバー５４の内周部には、スリーブ５０を緩み止めするために車輪軸１１に螺着されたナット５２が配置されている。

（発電の仕組み）
このように構成されたハブダイナモの発電は、以下の要領で行われる。
すなわち、前輪５が回転すると、スポーク２により前輪５に接続されたロータ１２が前輪５と共に車輪軸１１周りに回転し、永久磁石１９がステータ１３周りを回転する。

回転する永久磁石１９の磁束により、軸方向Ｑ側の側部ヨーク２１−１に設けられた第１のティース２２−１がＮ極、軸方向Ｐ側の側部ヨーク２１−２に設けられた第２のティース２２−２がＳ極となる状態と、第１のティ−ス２２−１がＳ極、第２のティース２２−２がＮ極となる状態と、が交互に繰り返される。これにより、Ａ相の第１のステータユニット２０Ａのステータコア２６とＢ相の第２のステータユニット２０Ｂのステータコア２６に交番磁束が発生し、この交番磁束により、第１及び第２のステータユニット２０Ａ、２０Ｂの各コイル２４に電流が流れて発電が行われる。

この発電動作において、第１のステータユニット２０Ａのコイル２４から出力される交番電流・電圧と、第２のステータユニット２０Ｂのコイル２４から出力される交番電流・電圧とは、位相がずれており、同時に交番電圧が０Ｖに落ちる点がない。

特に、第１のステータユニット２０Ａのティース２２（２２−１、２２−２）と第２のステータユニット２０Ｂのティース２２（２２−１、２２−２）の円周方向のずれ角度αがティース２２のピッチ角θの１／２に設定されていることにより、図６に示すように、Ａ相とＢ相の２相のコイル２４の電圧波形の位相ずれがちょうど電気角で９０°になる。

（前照灯の説明）
図６は前照灯の平面図を示す図である。
図に示されるように、前照灯４はヘッドケース１０７、前面レンズ１０３、反射鏡１０２、主発光体６００と、副発光体６０１と、支持基板１０４と、制御基板１０５と、制御基板１０５上に設けられた照度検出センサ１０６を備えている。

前面レンズ１０３はヘッドケース１０７の前面の開口部を封止している。前面レンズ１０３は、主発光体６００の光軸Ｍを軸芯とする円形状に形成され、かつ、前方に突出する曲面となって集光レンズとしての機能を備えた構成である。

反射鏡１０２はヘッドケース１０７の内面に設けられている。反射鏡の中心部には主発光体６００が配置されている。よって、反射鏡１０２は、主発光体６００で発光した光を反射して、前面レンズにより集光して前方を照明する。

主発光体６００と副発光体６０１は、制御基板１０５から供給される電気により点灯する。主発光体６００、副発光体６０１は例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）もしくフィラメントランプである。
主発光体６００は、反射鏡１０２の略中央部に配置され、支持基板１０４により固定されている。副発光体６０１は、反射鏡１０２の略端部に配置され、支持基板１０４に固定されている。主発光体６００と副発光体６０１はそれぞれ、支持基板１０４を介して制御基板１０５と電気的に接続されている。制御基板１０５と支持基板１０４に固定された主発光体６００及び副発光体６０１との接続は例えば、リード線やプリント基板、フレキシブル基板などを介して、電気的に接続されていれば良い。

なお、主発光体６００は、夜間に発光させる発光体である。副発光体６０１は、昼間に発光させる発光体である。また、副発光体６０１は、主発光体６００に比較して抵抗値が大きい。

上述したように、副発光体６０１は昼間のみの発光であるため、夜間に発光させる主発光体６００ほど光度は必要ない。そのため、副発光体６０１は主発光体６００に比べ消費電力が小さいものである。これより、昼間の被視認性の向上とともに、昼間に夜間走行用の主発光体６００を常時発光させる場合に比べ、負荷が小さい。そのため、発電量が少なくても済むため、ペダルを駆動する負荷が小さくなる。

制御基板１０５に搭載した回路は、支持基板１０４の後部に有り、主発光体６００もしくは副発光体６０１を自動的に選択し、点灯させる。また、照度検出センサ１０６は、制御基板１０５の下面が設置され、ヘッドケース１０７の下面に設けられた窓から入る光を受光して周囲の照度を検出している。照度検出センサ１０６は、例えば、ＣｄＳ（硫化カドミウム）光センサである。また、制御基板１０５は、ケーブルを介して、電源部となるハブダイナモ１０と電気的に接続されている。

照度検出センサ１０６の出力信号により、周囲が明るいと判定した場合には、第２制御部は、ハブダイナモ１０からの電力を副発光体６０１に供給する。一方、照度検出センサ１０６の出力信号により、周囲が暗いと判定した場合には、第１制御部は、ハブダイナモ１０からの電力を主発光体６００に供給する。

次に、図７を参照して、自転車用点灯制御装置の回路を説明する。
図７は主発光体６００、副発光体６０１を発光させる回路の構成を示す図である。

自転車用点灯制御装置の回路は、電源部１０ａ電源部１０ｂ、整流回路部２００ａ、整流回路２００ｂ、コンデンサ２０５、照度検出部４００、点灯制御回路部５００、主発光体６００、副発光体６０１を備えている。また、整流回路部２００ａ、整流回路２００ｂ、コンデンサ２０５、照度検出部４００、点灯制御回路部５００は制御基板１０５に設けられ、主発光体６００、副発光体６０１は支持基板１０４に設けられている。

図７において、電源部１０ａは、整流回路部２００ａの入力に接続されている。また、電源部１０ｂは、整流回路部２００ｂの入力に接続されている。点灯制御回路部５００は整流回路部２００ａ、２００ｂの各々の出力に接続されるとともに、主発光体６００、副発光体６０１にそれぞれ接続される。また、照度検出部４００は、入力が整流回路部２００ａ及び２００ｂの各々の出力に接続され、出力が点灯制御回路部５００に接続されている。

電源部１０ａは、前輪の回転により発電することでＡ相の交番電流・電圧を出力するハブダイナモ１０内の電源部であり、第１のステータユニット２０Ａに対応する。一方、電源部１０ｂは、前輪の回転により発電することで、Ａ相とは位相の異なるＢ相の交番電流・電圧を出力するハブダイナモ１０内の電源部であり、第２のステータユニット２０Ｂに対応する。

整流回路部２００ａはダイオード２０１ａ〜２０４ａから構成されるブリッジ型全波整流回路である。電源部ａは、図５に示す交番電圧Ａをダイオード２０１ａ〜２０４ａに出力する。ダイオード２０１ａ〜２０４ａは、電源部ａから供給される交番電圧を図８に示す電圧Ａに全波整流する。整流回路部２００ｂはダイオード２０１ｂ〜２０４ｂから構成されるブリッジ型全波整流回路である。電源部１０ｂは、図５に示す交番電圧Ｂをダイオード２０１ｂ〜２０４ｂに出力する。ダイオード２０１ｂ〜２０４ｂは、電源部１０ｂから供給される交番電圧を図８に示す電圧Ｂに全波整流する。
コンデンサ２０５は、図８に示す電圧Ａ、Ｂを平滑化して直流電圧を生成し、直流電圧を照度検出センサ１０６と点灯制御回路部５００とに供給する。

照度検出部４００は、照度検出センサ１０６と図示しない比較器から構成さている。照度検出センサ１０６は、外界の照度を検知し、その照度を電圧（以下、照度電圧）に変換する。比較器は、予め決められた閾値電圧と照度電圧とを比較する。これにより、照度検出部４００は、周囲の照度が主発光体６００を発光させる必要のある照度か否かを判定する。例えば、照度検出部４００は、照度電圧が閾値電圧よりも高い場合は日中、低い場合は夜という判定を行う。
また、自転車の車速が変化すると、それに伴って電源部１０ａ、１０ｂの出力が変化し、整流回路部２００ａ、２００ｂの出力から得られる直流電圧の電圧値も変化する。よって、安定した電圧を生成するために、照度検出部４００内に定電圧回路を設置しても良い。

上述した比較器としては、一般的にコンパレータが使用される。よって、コンパレータは照度電圧が予め設定した閾値電圧より高いか低いかを示す信号を出力する。ここで、コンパレータより出力される信号を制御信号とする。例えば、コンパレータは、照度電圧が閾値電圧よりも高い場合はＬレベルで、制御信号を出力し、照度電圧が閾値電圧よりも低い場合は、Ｈレベルで制御信号を出力する。

点灯制御回路部５００は、第１制御部３００、第２制御部３０１、インバータ４０１から構成されている。第１制御部３００は、整流回路部２００と主発光体６００の間に接続され、主発光体６００に電力を供給するか否かを制御するスイッチ素子である。第１制御部３００は、Ｈレベルの信号が供給されるとＯＮ状態となり、主発光体６００に電力を印加する。
第２制御部３０１は、整流回路部２００と副発光体６０１の間に接続され、副発光体６０１に電力を供給するか否かを制御するスイッチ素子である。第２制御部３０１は、Ｈレベルの信号が供給されるとＯＮ状態となり、副発光体６０１に電力を印加する。
これらの上述したスイッチ素子は例えば、リレーやトランジスタ、サイリスタなどである。また、第１制御部３００と第２制御部３０１の構成は基本的に同じ構成とする。

よって、例えば、第１制御部３００にＨレベルの信号が入力した場合、第１制御部３００のスイッチはＯＮ状態となり、主発光体６００は発光する。同様に、第２制御部３０１にＨレベルの信号が入力した場合、第２制御部３０１のスイッチはＯＮ状態となり、副発光体６０１は発光する。

照度検出部４００からのＨレベルもしくはＬレベルの制御信号は、第１制御部３００と、インバータ４０１を介して第２制御部３０１に接続される。よって、第１制御部３００の入力と第２制御部３０１の入力とは、入力の信号レベルが反転している。例えば、照度検出部４００のコンパレータが、Ｈレベルの制御信号を出力した場合、第１制御部３００にＨレベルの制御信号が入力される。一方、インバータ４０１は制御信号をＨレベルからＬレベルに反転するため、第２制御部には、Ｌレベルの制御信号が入力される。

すなわち、第１制御部３００は、照度検出部４００の出力した制御信号によりスイッチＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。第２制御部３０１は、照度検出部４００の出力した制御信号をインバータ４０１で反転した制御信号によりスイッチＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。よって、第１制御部３００と第２制御部３０１とは、同時に消灯することがなく、これにより、自転車の走行時において、主発光体６００もしくは副発光体６０１のいずれかが必ず発光する。
このように、照度検出部４００は発光体の発光または消光の制御ではなく、ダイナモが発電する走行時において、必ず発電電力が消費されるように、発光させる発光体の種類、つまり主発光体６００と副発光体６０１のいずれかを選択する制御を行う。

図９は、周囲環境における各部の入出力状態と主発光体６００、副発光体６０１の状態を記した図である。

照度検出部４００では、例えば、照度電圧が閾値電圧よりも高い場合を周囲環境が副発光体６０１を発光させる程度に明るいと判断し、低い場合を周囲環境は主発光体６００を点灯する程度に暗いと判定する。

照度検出部４００は、照度電圧が閾値電圧よりも高い場合にはＬレベルの制御信号を出力する。よって、第１制御部３００にはＬレベルの制御信号が入力される。第２制御部３０１にはインバータ４０１を経由するためＨレベルの制御信号が入力される。これより、第１制御部３００は、内部のスイッチをＯＦＦ状態とする。また、第２制御部３０１は、内部のスイッチをＯＮ状態とする。したがって、副発光体６０１に対して電力を供給する。

照度検出部４００は照度電圧が閾値電圧よりも低い場合にはＨレベルの制御信号を出力する。よって、第１制御部３００にはＨレベルの制御信号が入力される。第２制御部３０１にはインバータ４０１を経由するためＬレベルの制御信号が入力される。これより、第１制御部３００は、内部のスイッチをＯＮ状態とする。また、第２制御部３０１は、内部のスイッチをＯＦＦ状態とする。したがって、主発光体６００に対して電力を供給する。

（効果）
したがって、上述した本実施形態によれば、周囲環境が異なっても、主発光体６００もしくは副発光体６０１のどちらか一方が発光するため、走行時において、ハブダイナモに対して無負荷状態とすることがない。よって部回路等に高電圧が印加されることはない。

また、昼間は副発光体６０１が発光する事によって、被視認性が向上し、高い安全性を確保することができる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば副発光体６０１の代わりに他の抵抗成分を負荷として常時接続してもよい。

また、本実施形態においては、主発光体６００や副発光体６０１に入力する電圧を安定させるために、第１制御部３００と第２制御部３０１、もしくはどちらかに定電圧回路を備えても良い。また、Ａの位置に定電圧電源を配置しても良い。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、主発光体６００と副発光体６０１の２つの発光体を使用する構成である。照度検出部４００は、主発光体６００と主発光体６００よりも消費電力の副発光体６０１の発光をそれぞれ切り替えることで、発光体に印加する電流を制御した。
一方、第２実施形態では、主発光体６００を１つだけ使用する構成である。照度検出部４００は、後述するシャント抵抗の抵抗値を切り替えることで、発光体に印加する電流を制御できるようにする。

図１０は本第２実施形態の前照灯４Ａの平面図を示す図である。なお、図６と同様の構成には同一の符号を付してある。以下、構成及び動作が第１実施形態と異なる点を説明する。
図１０に示されるように、前照灯４Ａはヘッドケース１０７、前面レンズ１０３、反射鏡１０２、主発光体６００、支持基板１０４、制御基板１０５Ａ、制御基板１０５Ａ上に設けられた照度検出センサ１０６を備えている。

制御基板１０５Ａに搭載した回路は、支持基板１０４の後部に有り、主発光体６００を自動的に点灯させる。

次に、図１１を参照して、本第２実施形態の自転車用点灯制御装置の回路を説明する。なお、図７と同様の構成には同一の符号を付してある。以下、構成及び動作が第１実施形態と異なる点を説明する。
本実施形態の自転車用点灯制御装置の回路は、電源部１０ａ、電源部１０ｂ、整流回路部２００ａ、整流回路部２００ｂ、照度検出部４００、点灯制御回路部５００Ａ、主発光体６００を備えている。また、整流回路部２００、照度検出部４００、点灯制御回路部５００は、制御基板１０５Ａに設けられ、主発光体６００は支持基板１０４に設けられている。

図１１において、電源部１０ａは、整流回路部２００ａの入力に接続されている。また、電源部１０ｂは、整流回路部２００ｂの入力に接続されている。点灯制御回路部５００Ａは、整流回路部２００ａ、２００ｂの各々の出力に接続されるとともに、主発光体６００に接続される。また、照度検出部４００は、入力が整流回路部２００ａ及び２００ｂの各々の出力に接続され、出力が点灯制御回路部５００Ａに接続されている。
コンデンサ２０５は、直流電圧を照度検出部４００と点灯制御回路部５００Ａとに供給する、図８に示す電圧を平滑化して直流電圧を生成する。

照度検出部４００は、周囲の照度が主発光体６００を減光させる必要のある照度か否かを判定する。照度検出部４００は、照度電圧が閾値電圧以上の場合は昼間、閾値電圧未満の場合は夜間という判定を行う。照度検出部４００は、照度電圧が閾値電圧以上の場合（昼間）、Ｈレベルの制御信号を点灯制御回路部５００Ａに出力する。一方、照度検出部４００は、照度電圧が閾値電圧未満の場合（夜間）、Ｌレベルの制御信号を点灯制御回路部５００Ａに出力する。

点灯制御回路部５００Ａは、電界効果トランジスタ７００、第１シャント抵抗８００、第２シャント抵抗８０１、ＬＥＤ制御回路９００を有する。電界効果トランジスタ７００（Ｎチャネル型ＭＯＳ）は、整流回路部２００ａ、２００ｂと第１シャント抵抗８００の間に接続され、主発光体６００に電力を供給するか否かを制御するスイッチ素子である。また、電界効果トランジスタ７００のゲート端子には、照度検出部４００が接続されている。
夜間の場合、電界効果トランジスタ７００は、照度検出部４００からＬレベルの信号がゲート端子に供給され、ＯＦＦ状態となる。電界効果トランジスタ７００がＯＦＦ状態となると、主発光体６００は、整流回路部２００ａ、２００ｂから第２シャント抵抗８０１だけを介して電流が供給される。一方、昼間の場合、電界効果トランジスタ７００は、照度検出部４００からＨレベルの信号がゲート端子に供給され、ＯＮ状態となる。電界効果トランジスタ７００がＯＮ状態となると、主発光体６００は、整流回路部２００から並列に接続された第１シャント抵抗８００と第２シャント抵抗８０１とを介して電流が供給される。

夜間の場合、シャント抵抗を介して接続された点Ｂと点Ｃとの間（以下「点ＢＣ間」という。）の抵抗値は、並列接続された第１シャント抵抗８００の抵抗値と第２シャント抵抗８０１の抵抗値との合成抵抗値となる。よって、夜間の点ＢＣ間の抵抗値は、昼間の点ＢＣ間の抵抗値より小さくなる。これより、夜間の主発光体６００に印加される電流（以下「発光電流」という。）の電流値は、昼間の発光電流の電流値より大きくなる。

ＬＥＤ制御回路９００は、２００ａ、２００ｂの出力端子と主発光体６００のアノード側とに接続されている。また、ＬＥＤ制御回路９００は、主発光体６００のカソード側に接続されている。
ＬＥＤ制御回路９００は、点ＢＣ間の電圧値を一定時間毎に測定している。ＬＥＤ制御回路９００は、シャント抵抗の両端の電圧値が一定値になるように主発光体６００のカソードの電圧を調整することで、発光電流を制限している。例えば、夜間の発光電流の上限を３００ｍＡ、昼間の発光電流の上限を１５０ｍＡである。シャント抵抗の電圧降下した電圧値の一定値（以下、「目標値」という。）は、３００である。第１シャント抵抗８００と第２シャント抵抗８０１は、それぞれ２Ωである。

夜間の場合、電界効果トランジスタ７００がＯＦＦ状態となり、ＬＥＤ制御回路９００は、第２シャント抵抗８０１の電圧降下による両端の電位差を測定する。乗り手の自転車をこぐ回転数が上がると、ハブダイナモ１０（電源部ａ、ｂ）の発電電圧も上がり、発光電流も上がる。しかし、夜間の発光電流の上限は、３００ｍＡである。このため、ＬＥＤ制御回路９００は、シャント抵抗の電圧降下した電圧値が目標値以上にならないように、主発光体６００のカソードの電圧を調整する。一方、昼間の場合、電界効果トランジスタ７００がＯＮ状態となり、ＬＥＤ制御回路９００は、並列接続された第１シャント抵抗８００の抵抗値と第２シャント抵抗８０１の合成抵抗で電圧降下した電圧値を測定する。乗り手の自転車をこぐ回転数が上がると、ハブダイナモ１０（電源部ａ、ｂ）の発電電圧も上がり、発光電流も上がる。しかし、昼間の場合、発光電流の上限は、１５０ｍＡである。このため、ＬＥＤ制御回路９００は、シャント抵抗の電圧降下した電圧値が目標値以上にならないように、主発光体６００のカソードの電圧を調整する。よって、シャント抵抗とＬＥＤ制御回路９００により、発光電流は制限される。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば電界効果トランジスタ７００は、Ｐチャネル型ＭＯＳでも良い。また、電界効果トランジスタ７００は、リレーやトランジスタ、サイリスタなどの他のスイッチ素子を用いることもできる。

（効果）
したがって、上述した本実施形態によれば、昼間点灯時の発光電流を夜間走行時の発光電流に比べ少なくすることで、走行時において、ハブダイナモに対して無負荷状態とすることがない。よって部回路等に高電圧が印加されることはない。

これにより、上述した第１，２実施形態において、照度検出部４００は、発光体に印加する電流値を昼間と夜間で切り替える。すなわち、本発明によれば、昼間の走行においても、ダイナモの発電した電力を消費させる構成としている。これにより、電子回路への高電圧の印加を防止することができるため、電子回路部品を低耐圧素子で構成できる。そのため、コスト低減した点灯制御装置を製作することができる。
さらに、昼間は濃霧の有無に関係なく、発光体が自動発光するため、ＪＩＳ規格で定められている濃霧時に強制点灯させるスイッチが不要となる。よって、濃霧時の発光操作の煩わしさがなくなるとともに、コスト低減が可能となる

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 自転車
２ スポーク
３ フロントフォーク
４、４Ａ 前照灯
５ 前輪
１０ ハブダイナモ
１０ａ、１０ｂ 電源部
１１ 車輪軸
１２ ロータ
１３ ステータ
１９ 永久磁石
２０Ａ 第１のステータユニット
２０Ｂ 第２のステータユニット
２１、２２ ベアリング
２１−１、２１−２ ヨーク
２２−１、２２−２ ティース
２３ 中心孔
２４ コイル
２５ 中心部ヨーク
２６ ステータコア
３０ スペシャルナット
３０ａ、５０ａ スリーブ部
３０ｂ、５０ｂ、６２、７５ フランジ部
３０ｃ 溝
３７ ステータ固定部材
４０ コネクタ
４３ 導線引出部
４５ ワッシャ
４６、５２ ナット
５０ スリーブ部材
５４ カバー
６０ ハブシェル本体
６２、７５ フランジ部
６１ 胴部
６２ａ 軸方向内側のフランジ板
６２ｂ 軸方向外側のフランジ板
７０ 第１のエンドプレート
７１、８１ 側壁
７２、８２ 貫通孔
７３、８３ ベアリング嵌合壁
８０ 第２のエンドプレート
８４ ベアリング押え壁
１００ ハブシェル
１０７ ヘッドケース
１０３ 前面レンズ
１０２ 反射鏡
１０４ 支持基板
１０５、１０５Ａ 制御基板
１０６ 照度検出センサ
２００ 整流回路部
２０１〜２０４ ダイオード
２０５ コンデンサ
３００ 第１制御部
３０１ 第２制御部
４００ 照度検出部
４０１ インバータ
５００、５００Ａ 点灯制御回路部
６００ 主発光体
６０１ 副発光体
７００ 電界効果トランジスタ
８００ 第１シャント抵抗
８０１ 第２シャント抵抗
９００ ＬＥＤ制御回路

本発明の一態様は、自転車の走行に応じて発電する電源部と、前記電源部の発電により発光するＬＥＤ発光体と、周囲の照度を検出して、照度電圧として出力する照度検出部と、前記電源部からの出力電流を前記ＬＥＤ発光体に供給する点灯制御回路と、を有し、前記自転車の走行中、前記ＬＥＤ発光体に常時前記出力電流を供給するものであって、前記点灯制御回路は、前記照度検出部の前記照度電圧に基づいて、前記ＬＥＤ発光体に流す電流値を切換えるように制御することを特徴とする自転車用点灯制御装置である。

また、本発明の一態様は、上述の自転車用点灯制御装置であって、前記ＬＥＤ発光体は、主ＬＥＤ発光体と前記主ＬＥＤ発光体より消費電力が小さい副ＬＥＤ発光体からなり、前記点灯制御回路は、前記照度電圧が予め設定された閾値以上である場合は、前記副ＬＥＤ発光体を発光させ、前記照度電圧が予め設定された閾値未満である場合は、前記主ＬＥＤ発光体のみを発光させるように電流値を切換え制御することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述の自転車用点灯制御装置であって、前記ＬＥＤ発光体は、ひとつの発光体のみを有し、前記制御回路は、前記照度電圧が予め設定された閾値以上である場合は、前記照度電圧が予め設定された閾値未満である場合に流す電流値よりも小さい電流値で発光させ、前記照度電圧が予め設定された閾値未満である場合は、前記照度電圧が予め設定された閾値以上である場合に流す電流値よりも大きい電流値で発光させるように電流値を切換え制御することを特徴とする。

Claims (6)

1. 自転車の走行に応じて発電する電源部と、
   前記電源部の発電により発光する発光体と、
   周囲の照度を検出して、照度電圧として出力する照度検出部と、
   前記電源部からの出力電流を前記発光体に供給する点灯制御回路と、を有し、
   前記自転車の走行中、前記発光体を明暗に関係なく発光させるとともに、
   前記照度電圧に基づいて、昼間の発光体の明るさを、夜間に比べて減少させたことを特徴とする自転車用点灯制御装置。
2. 前記発光体は、主発光体と前記主発光体より消費電力が小さい副発光体と、を有し、
   前記照度検出部が、前記照度電圧が予め設定された閾値以上である場合に前記副発光体を発光させ、一方、前記閾値未満である場合に前記主発光体を発光させることを特徴とする請求項１に記載の自転車用点灯制御装置。
3. 前記発光体は、１つの発光体のみを有し、
   前記照度検出部が、前記照度電圧が予め設定された閾値以上である場合に前記発光体に流す電流値は、前記閾値未満である場合に前記発光体に流す電流値よりも少なくすることを特徴とする請求項１に記載の自転車用点灯制御装置。
4. 前記電源部は、ハブダイナモであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の自転車用点灯制御装置。
5. 前記主発光体と前記副発光体の少なくとも一方は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項２に記載の自転車用点灯制御装置。
6. 前記ハブダイナモは、車輪と共に回転するロータと、
   前記車輪を回転自在に支持する車輪軸に回転不能に固定され、前記ロータの内周側に配置されたステータと、を有し、
   前記ロータの回転により、前記ステータのコイルから出力される交番電流を全波整流して前記発光体に供給するように構成され、
   前記ステータに、位相のずれた交番電流を出力する２相のコイルが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の自転車用点灯制御装置。

Images